تعداد صفحات: ۳۳ | قابل ویرایش
نیمه هادی ها و ساختمان داخلی آنها
نیمه هادی ها عناصری هستند که از لحاظ هدایت ، ما بین هادی و عایق قرار دارند، و مدار آخر نیمه هادیها ، دارای ۴ الکترون می‌باشد.
ژرمانیم و سیلیکون دو عنصری هستند که خاصیت نیمه هادی ها را دارا می‌باشند و به دلیل داشتن شرایط فیزیکی خوب ، برای ساخت نیمه هادی دیود ترانزیستور ، آی سی (IC ) و …. مورد استفاده قرار می‌گیرد. ژرمانیم دارای عدد اتمی۳۲ می‌باشد. این نیمه هادی ، در سال ۱۸۸۶ توسط ونیکلر کشف شد.
این نیمه هادی ، در سال ۱۸۱۰توسط گیلوساک و تنارد کشف شد. اتمهای نیمه هادی ژرمانیم و سیلیسیم به صورت یک بلور سه بعدی است که با قرار گرفتن بلورها در کنار یکدیگر ، شبکه کریستالی آنها پدید می‌آید. اتم های ژرمانیم و سیلیسیم به دلیل نداشتن چهار الکترون در مدار خارجی خود تمایل به دریافت الکترون دارد تا مدار خود را کامل نماید. لذا بین اتم های نیمه هادی فوق ، پیوند اشتراکی برقرار می‌شود.
بر اثر انرژی گرمائی محیط اطراف نیمه هادی ، پیوند اشتراکی شکسته شده و الکترون آزاد می‌گردد. الکترون فوق و دیگر الکترون هائی که بر اثر انرژی گرمایی بوجود می‌آید در نیمه هادی وجود دارد و این الکترون ها به هیچ اتمی‌وابسته نیست.
نیمه هادی نوع N و P
از آنجایی که تعداد الکترونها و حفره های موجود در کریستال ژرمانیم و سیلیسیم در دمای محیط کم است و جریان انتقالی کم می‌باشد، لذا به عناصر فوق ناخالصی اضافه می‌کنند.
هرگاه به عناصر نیمه هادی ، یک عنصر ۵ ظرفیتی مانند آرسنیک یا آنتیوان تزریق شود، چهار الکترون مدار آخر آرسنیک با چهار اتم مجاور سیلسیم یا ژرمانیم تشکیل پیوند اشتراکی داده و الکترون پنجم آن ، به صورت آزاد باقی می‌ماند.
بنابرین هر اتم آرسنیک، یک الکترون اضافی تولید می‌کند، بدون اینکه حفره ای ایجاد شده باشد. نیمه هادی هایی که ناخالصی آن از اتم های پنج ظرفیتی باشد، نیمه هادی نوع N نام دارد. در نیمه هادی نوع N ، چون تعداد الکترون ها خیلی بیشتر از تعداد حفره هاست لذا عمل هدایت جریان را انجام می‌دهند . به حامل هدایت فوق حامل اکثریت و به حفره ها حامل اقلیت می‌گویند.
هرگاه به عناصر نیمه هادی ژرمانیم و سیلیسیم ، یک ماده ۳ ظرفیتی مانند آلومنیوم یا گالیم تزریق شود، سه الکترون مدار آخر آلومنیوم با سه الکترون سه اتم سیلیسیم یا ژرمانیم مجاور ، تشکیل پیوند اشتراکی می‌دهند . پیوند چهارم دارای کمبود الکترون و در واقع یک حفره تشکیل یافته است.
لایه تهی
گرایش الکترونهای طرف n پخش شدن در تمامی‌جهات است. بعضی از آنها از پیوندگاه می‌گذرند. وقتی الکترونی وارد ناحیه p می‌شود، یک حامل اقلیتی به حساب می‌آید.
وجود تعداد زیادی حفره در اطراف این الکترون باعث می‌شود که عمر این حامل اقلیتی کوتاه باشد. یعنی الکترون بلافاصله پس از ورود به ناحیه p به داخل یک حفره فرو می‌افتد. با این اتفاق ، حفره ناپدید و الکترون نوار رسانش به الکترون ظرفیت تبدیل می‌شود.
هر بار که یک الکترون از پیوندگاه می‌گذرد، یک زوج یون تولید می‌کند. دایره هایی که درون آنها علامت مثبت است، نماینده یو نهای مثبت و دایره های با علامت منفی نماینده یو نهای منفی اند . به دلیل بستگی کوالانسی ، یونها در ساختار بلوری ثابت اند و مانند الکترونهای نوار رسانش یا حفره ها نمی‌توانند به این سو و آن سو حرکت کنند.
پتانسیل سد
هر دو قطبی دارای یک میدان الکتریکی است . بردارها جهت نیروی وارد به بار مثبت را نشان می‌دهند. بنابراین ، وقتی الکترونی وارد لایه تهی می‌شود، میدان الکتریکی سعی می‌کند الکترون را به درون ناحیه n به عقب براند. با عبور هر الکترون، شدت میدان افزایش می‌یابد تا آنکه سرانجام گذرالکترون ازپیوندگاه متو قف می‌شود.
در تقریب دوم ، باید حاملهای اقلیتی رانیز منظور کنیم . به خاطر داشته باشیم که طرف p دارای تعداد الکترون نوار رسانش است که از گرما ناشی می‌شوند. آنها که در داخل لایه تهی واقع اند توسط میدان به ناحیه n برده می‌شوند. این عمل شدت میدان را اندکی کاهش می‌دهد و تعداد کمی‌حاملهای اکثریتی از طرف راست به چپ اجازه عبورمی‌یابند تا میدان به شدت قبلی خود بگردد. به محلی که در آن الکترون ها و حفره ها وجود ندارند را ناحیه تخلیه یا سر کنندگی می‌نامند.
حال تصویر نهایی تعادل را در پیوندگاه ارائه می‌دهیم:
-
تعداد کمی‌حاملهای اقلیتی از یک طرف پیوندگاه به طرف دیگر سوق می‌یابند. عبور آنها میدان را کاهش می‌دهد مگر اینکه،
-
تعداد کمی‌حاملهای اکثریتی از پیوندگاه با عمل پخش گذر کنند و شدت میدان را به مقدار اولیه برگردنند
میدان موجود بین یونها معرف اختلاف پتانسیلی است که به آن پتانسیل سد می‌گوییم . پتانسیل سد کنندگی برای نیمه هادی سیلیسیم بین ۶/۰ تا ۷/۰ ولت و برای نیمه هادی ژرمانیم بین ۲/۰ تا ۳/۰ ولت می‌نامند.
فهرست منابع
-
پل مالومنیر ، آلبرت. اصول الکترونیک ۱، ترجمه : دکتر مهدی حسن کاظمینی ، ویراستر:بهرام معلمی. مرکز نشر دانشگاه ، ۱۳۶۹
-
خرازی زاده،سعید.اصول الکترونیک ۲ .موسسه فرهنگی هنری دیبا گران تهران ، ۱۳۷۸.
-
رودی بولر، هانس. الکترونیک قدرت ، ترجمه : دکتر قدیر عزیزی قنادی ، ویراستر: محمد حسین سالمی. مرکز نشر دانشگاهی، ۱۳۶۴.
-
شاهی، بهزاد. کاربرد عملی ترانزیستورها در مدار الکترونیکی . انتشارات هنر
